Kas yra talpa elektrotechnikoje

Elektrinė talpa apibūdina laidžių kūnų savybę įkrauti veikiant elektriniam laukui, taip pat kaupti elektros energiją šių kūnų lauke.

Elektrinio pajėgumo analogija hidrostatikos srityje gali būti specifinė laivo talpa, tenkanti aukščio vienetui, kuri skaitine prasme yra lygi horizontalios laivo sekcijos plotui.

Įsivaizduokite aukštą cisterną. Skysčio kiekis (elektros kiekis ant kūno), kurį galima laikyti rezervuare, priklauso nuo jo pripildymo aukščio (kūno potencialo), taip pat nuo skysčio tūrio bako aukščio vienetui (kūno talpa). Šis skysčio tūris savo ruožtu priklauso nuo rezervuaro horizontalios dalies ploto - nuo jo skersmens.

Kuo didesnis šis skersmuo, taigi ir tūris aukščio vienetui, tuo didesnė talpa vienam aukščiui (elektrinė talpa tarp dviejų plokščių yra proporcinga plokščių plotui, žr. Kas lemia kondensatoriaus talpą?).Atitinkamai tai priklauso nuo skysčio tūrio aukščio vienetui vertės ir darbo, kurį reikia atlikti užpildant baką.

Tarkime, kad erdvėje tam tikru atstumu vienas nuo kito yra du vienodo dydžio variniai rutuliai (raudonas ir mėlynas). Paimkite 9 voltų bateriją ir sujunkite ją priešingais poliais prie šių dviejų rutuliukų taip, kad „+“ būtų prijungtas prie vieno rutulio (prie mėlyno), o „-“ prie kito (prie raudono). Tarp rutuliukų atsiras elektrinio potencialo skirtumas, lygus akumuliatoriaus įtampai V = 9 voltai.

Šių dviejų varinių rutuliukų elektros būsenos iš karto tapo kitokios nei prieš prijungiant akumuliatorių, nes dabar ant rutulių yra priešingi elektros krūviai, kurie sąveikauja, patiria traukos jėgą vienas kito link.

Galima sakyti, kad baterija perkėlė teigiamą krūvį + q iš kairiojo rutulio į dešinę ir todėl potencialų skirtumas tarp rutuliukų tapo V = 9 voltai. Dabar kairysis rutulys yra neigiamai įkrautas -q.

Jei į grandinę nuosekliai pridėsime kitą to paties tipo bateriją, potencialų skirtumas tarp rutuliukų taps dvigubai didesnis, įtampa tarp jų bus nebe 9 voltų, o 18 voltų, o įkrova pasislinks iš kamuolys prie kamuolio taip pat padvigubės (jis taps 2q), taip pat įtampa. Bet koks yra šio krūvio q dydis, kuris juda kiekvieną kartą, kai įtampa pakyla 9 voltais?

Akivaizdu, kad šio krūvio dydis yra proporcingas potencialų skirtumui, sukurtam tarp rutulių. Bet koks tikslus skaitinis krūvio ir potencialo skirtumas? Čia turėsime pristatyti tokią laidininko charakteristiką kaip elektrinė talpa C.

Talpa yra laidininko gebėjimo kaupti elektros krūvį matas. Taip pat svarbu suprasti, kad kai įkraunamas pirmasis laidas, aplink jį didėja elektrinio lauko stiprumas. Atitinkamai padidės pirmojo įkrauto laido poveikis antrajam įkrautam laidui, ypač jei jie pradės artėti vienas prie kito.

Įkrautų laidų sąveikos jėga padidėja, jei atstumas tarp jų tampa mažesnis. Be to, priklausomai nuo terpės tarp laidų parametrų, jų sąveikos stiprumas taip pat gali skirtis.

Taigi, jei tarp laidų yra vakuumas, tada traukos jėga tarp jų krūvių bus viena, bet jei tarp laidų vietoj vakuumo bus dedamas nailonas, elektrostatinės sąveikos jėga padidės trigubai, nes nailonas praeina elektrinis laukas per save 3 kartus geriau nei oras ir iš tikrųjų dėl elektrinio lauko įkrauti laidai sąveikauja vienas su kitu.

Jei įkrauti laidai pradės sklisti vienas nuo kito skirtingomis kryptimis, tada jie mažiau sąveikaus, potencialų skirtumas bus didesnis tiems patiems įkrovimams, tai yra, tokios sistemos talpa sumažės, atsiskyrus laidus. Darbas paremtas elektrinio pajėgumo idėja kondensatoriai.

Kondensatoriai

Kondensatoriuose naudojama įkrautų laidininkų savybė elektrostatiškai sąveikauti tarpusavyje per dielektriku atskirtus vienas kito elektrinius laukus.

Struktūriškai kondensatoriai yra dvi plokštės, vadinamos plokštėmis. Plokštės atskirtos dielektriku.Norint gauti kuo didesnę talpą, būtina, kad plokštės būtų didelio paviršiaus ir atstumas tarp jų būtų minimalus.

Elektros inžinerijos kondensatoriai tarnauja kaip elektros energijos akumuliatoriai elektriniame lauke, kuris yra sutelktas tarp kondensatoriaus plokščių esančiame dielektriko tūryje, dėl kurio kaupiasi arba pašalinamas krūvis (elektros srovės pavidalu).

Dvi plokštės dedamos nedideliu atstumu viena nuo kitos sandariame korpuse. Keramika, polipropilenas, elektrolitas, tantalas ir kt. — kondensatoriai skiriasi dielektriko tipu tarp plokščių.

Kondensatoriai yra aukštos ir žemos įtampos, priklausomai nuo dielektrinio stiprumo.

Priklausomai nuo plokščių ploto ir naudojamo dielektriko dielektrinės konstantos, yra didelės talpos kondensatoriai, pasiekiantys šimtus faradų (superkondensatorių), o mažos talpos - pikofaradų vienetai.

Elektros talpos panaudojimas elektrotechnikoje

Talpinių sistemų savybė plačiai naudojama elektrotechnikoje kintamosios srovės technologijose, ypač aukštų ir itin aukštų dažnių srityje.

Nuolatinės srovės technologijoje talpa naudojama nuolatinio magneto įmagnetinimo įrenginiuose, impulsiniam elektriniam suvirinimui, impulsinio dielektriko gedimo bandymams, srovės kreivių išlyginimui lygintuvuose ir kt.

Bet kurios izoliuotų laidžių kūnų sistemos talpa, kurios negalima visiškai sumažinti iki nulio, kai kuriais atvejais gali turėti nepageidaujamą poveikį elektros prietaisų charakteristikoms (trikdžių, talpinio nuotėkio ir kt. pavidalu).

Galite atsikratyti tokios įtakos arba tinkamai kompensuodami jos poveikį (paprastai naudojant induktyvumą), arba sukuriant tokias sąlygas, kuriose tam tikrų sistemos kūnų potencialai aplinkinių objektų atžvilgiu turėtų minimalią reikšmę (pavyzdžiui, vieno iš kūnų įžeminimas).